[論文レビュー] Accelerating cosmological expansion from shear viscosity

Stefan Floerchinger, N. Tetradis+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2014

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、ダークセクターにおける剪断粘性が、宇宙論的流体力学にバックレアクト効果を引き起こし、平均化された場の時間的変化を修正し、観測された宇宙膨張の加速を駆動する可能性があると提案している。このメカニズムは、速度摂動におけるエネルギー散逸に起因し、十分に大きな粘性が存在すれば、効果的なダークエネルギーに類似した振る舞いを示す。

ABSTRACT

The dissipation of energy from local velocity perturbations in the cosmological fluid affects the time evolution of spatially averaged fluid dynamic fields and the cosmological solution of Einstein's field equations. We show how this backreaction effect depends on shear and bulk viscosity and other material properties of the dark sector, as well as the spectrum of perturbations. If sufficiently large, this effect could account for the acceleration of the cosmological expansion.

研究の動機と目的

• 宇宙論的流体における粘性がアインシュタインの場方程式の平均化された力学に与える影響を調査すること。
• ダークセクターにおける剪断粘性および体積粘性が、宇宙の加速を説明するのに十分なバックレアクト効果を生成できるかどうかを特定すること。
• この効果が流体の速度摂動のスペクトルおよびダークセクターの物性にどのように依存するかを分析すること。
• 粘性駆動のバックレアクトが、観測された宇宙の加速膨張の代替的説明として機能できるかどうかを評価すること。

提案手法

• 有効なストレssエネルギー・テンソルに剪断粘性および体積粘性項を含めた宇宙論的流体力学を用いる。
• 流体力学的方程式に空間平均化を適用し、粘性散逸下での平均化された場の時間的変化を導出する。
• アインシュタインの場方程式を粘性流体モデルと結合させ、修正された宇宙論的解を導出する。
• バックレアクトが摂動スペクトルおよび剪断粘性と体積粘性の相対的寄与にどのように依存するかを検討する。
• 局所的な速度摂動からのエネルギー散逸をモデル化するため、非平衡熱力学をフレームワークに組み込む。
• 有効な状態方程式との比較を通じて、観測された宇宙膨張と整合性があるかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダークセクターにおける剪断粘性が、宇宙の加速を駆動するのに十分な強さのバックレアクト効果を生成できるか？
• RQ2 剪断粘性および体積粘性が、平均化された宇宙論的場の時間的変化に個別にどのように影響を与えるか？
• RQ3 バックレアクトが流体の速度摂動スペクトルにどのように依存するか？
• RQ4 どのような条件下で粘性散逸が、ダークエネルギーを模倣する負の圧力に相当する効果を生じるか？
• RQ5 この粘性駆動バックレアクトメカニズムは、新しい場を導入することなく、観測された遅い時間における加速を再現できるか？

主な発見

• 剪断粘性は、宇宙論的流体の有効な力学に影響を与えるバックレアクト効果を寄与する。
• バックレアクトは、速度摂動のスペクトルおよびダークセクターの物性に強く依存する。
• 粘性が十分に大きい場合、有効な状態方程式は負の値を取り、ダークエネルギーに類似した振る舞いを示す。
• このメカニズムは、新しい基本的場を必要としない、宇宙の加速の代替的説明を提供する可能性を有する。
• モデルは、局所的な速度摂動からのエネルギー散逸が、非摂動的平均化効果を通じて、網羅的な加速を引き起こす可能性を示している。
• 結果から、粘性駆動バックレアクトが、宇宙定数やクインテッセンスを導入することなく、観測された膨張レートを説明できる可能性が示唆される。